क्या यह संकलक के लिए एक स्थानीय अस्थिर चर को अनुकूलित करने की अनुमति है?

Question 1

कंपाइलर को इसे ऑप्टिमाइज़ करने की अनुमति है (C ++ 17 मानक के अनुसार):

int fn() {
    volatile int x = 0;
    return x;
}

इसके लिए?

int fn() {
    return 0;
}

यदि हाँ, तो क्यों? यदि नहीं, तो क्यों नहीं?

इस विषय के बारे में कुछ सोच रहे हैं: वर्तमान संकलक fn()एक स्थानीय चर के रूप में संकलित करते हैं, फिर इसे वापस करते हैं। उदाहरण के लिए, x86-64 पर, gcc इसे बनाता है:

mov    DWORD PTR [rsp-0x4],0x0 // this is x
mov    eax,DWORD PTR [rsp-0x4] // eax is the return register
ret

अब, जहां तक मुझे पता है कि मानक यह नहीं कहता है कि स्टैक पर एक स्थानीय अस्थिर चर डाला जाना चाहिए। तो, यह संस्करण भी उतना ही अच्छा होगा:

mov    edx,0x0 // this is x
mov    eax,edx // eax is the return
ret

यहाँ, edxभंडार x। लेकिन अब, यहाँ क्यों रुकना? जैसा कि edxऔर eaxदोनों शून्य हैं, हम कह सकते हैं:

xor    eax,eax // eax is the return, and x as well
ret

और हम fn()अनुकूलित संस्करण में बदल गए। क्या यह परिवर्तन वैध है? यदि नहीं, तो कौन सा कदम अमान्य है?

Question 2

नहीं volatile वस्तुओं व्यवहार्य माना जाता है, बिल्कुल I / O के रूप में, स्थानीय और ग्लोबल्स के बीच कोई विशेष अंतर नहीं है।

एक अनुरूप कार्यान्वयन पर सबसे कम आवश्यकताएं हैं:

तक पहुंच volatileअमूर्त मशीन के नियमों के अनुसार वस्तुओं का कड़ाई से मूल्यांकन किया जाता है।

[...]

इन्हें सामूहिक रूप से कार्यक्रम के अवलोकन योग्य व्यवहार के रूप में जाना जाता है।

N3690, [intro.execution], int8

यह वास्तव में कैसे अवलोकनीय है, यह मानक के दायरे से बाहर है, और सीधे कार्यान्वयन-विशिष्ट क्षेत्र में गिरता है, बिल्कुल I / O और वैश्विक volatileवस्तुओं तक पहुंच के रूप में । volatileइसका मतलब है कि "आपको लगता है कि आप यहां चल रही हर चीज को जानते हैं, लेकिन यह ऐसा नहीं है। मुझ पर भरोसा करें और इस सामान को बहुत स्मार्ट होने के बिना करें, क्योंकि मैं आपके कार्यक्रम में अपने बाइट के साथ अपना गुप्त सामान कर रहा हूं"। यह वास्तव में [dcl.type.cv] ]7 पर समझाया गया है:

[नोट: volatileऑब्जेक्ट को शामिल करने वाले आक्रामक अनुकूलन से बचने के लिए कार्यान्वयन के लिए एक संकेत है क्योंकि ऑब्जेक्ट के मूल्य को एक कार्यान्वयन द्वारा अवांछनीय द्वारा बदला जा सकता है। इसके अलावा, कुछ कार्यान्वयनों के लिए, अस्थिरता संकेत कर सकती है कि ऑब्जेक्ट तक पहुंचने के लिए विशेष हार्डवेयर निर्देश आवश्यक हैं। विस्तृत शब्दार्थ के लिए 1.9 देखें। सामान्य तौर पर, वाष्पशील का शब्दार्थ सी ++ में समान होता है क्योंकि वे सी - एंड नोट में होते हैं]

Question 3

इस लूप को यथा-नियम से दूर रखा जा सकता है क्योंकि इसका कोई देखने योग्य व्यवहार नहीं है:

for (unsigned i = 0; i < n; ++i) { bool looped = true; }

यह एक नहीं कर सकता:

for (unsigned i = 0; i < n; ++i) { volatile bool looped = true; }

दूसरा लूप हर पुनरावृत्ति पर कुछ करता है, जिसका अर्थ है कि लूप O (n) समय लेता है। मुझे पता नहीं है कि निरंतर क्या है, लेकिन मैं इसे माप सकता हूं और फिर मेरे पास एक (अधिक या कम) ज्ञात राशि के लिए व्यस्त लूपिंग का एक तरीका है।

मैं ऐसा कर सकता हूं क्योंकि मानक कहता है कि वाष्पशील तक पहुंच होनी चाहिए, क्रम में। यदि एक कंपाइलर को यह तय करना था कि इस मामले में मानक लागू नहीं होता है, तो मुझे लगता है कि मुझे बग रिपोर्ट दर्ज करने का अधिकार होगा।

यदि संकलक loopedएक रजिस्टर में रखना चुनता है , तो मुझे लगता है कि मेरे पास इसके खिलाफ कोई अच्छा तर्क नहीं है। लेकिन यह अभी भी हर लूप पुनरावृत्ति के लिए उस रजिस्टर के मूल्य को 1 पर सेट करना होगा।

Question 4

मैं पूरी तरह से समझने के बावजूद बहुसंख्यक राय से volatileविमुख होना चाहता हूं, जिसका मतलब है कि मैं / ओ।

यदि आपके पास यह कोड है:

{
    volatile int x;
    x = 0;
}

मेरा मानना है कि संकलक कर सकते हैं के तहत इसे दूर का अनुकूलन के रूप में करता है, तो नियम , यह सोचते हैं कि:

volatileचर अन्यथा दिखाई बाह्य नहीं किया जाता है के माध्यम से जैसे संकेत दिए गए हैं (जो स्पष्ट रूप से एक समस्या यहाँ नहीं है के बाद से वहाँ दिए गए दायरे में ऐसी कोई बात नहीं है)
संकलक आपको बाहरी रूप से एक्सेस करने के लिए एक तंत्र प्रदान नहीं करता है volatile

कसौटी बस यह है कि आप मानदंड # 2 के कारण, वैसे भी अंतर का निरीक्षण नहीं कर सकते हैं।

हालाँकि, आपके कंपाइलर में, मानदंड # 2 संतुष्ट नहीं हो सकता है ! कंपाइलर आपको "बाहर" से चर देखने के बारे में अतिरिक्त गारंटी प्रदान करने का प्रयास कर सकता हैvolatile , जैसे कि स्टैक का विश्लेषण करके। ऐसी स्थितियों में, व्यवहार वास्तव में अवलोकन योग्य है, इसलिए इसे दूर नहीं किया जा सकता है।

अब सवाल यह है कि क्या उपरोक्त कोड उपरोक्त से अलग है?

{
    volatile int x = 0;
}

मेरा मानना है कि मैंने अनुकूलन के संबंध में विज़ुअल सी ++ में इसके लिए अलग व्यवहार देखा है, लेकिन मैं इस आधार पर पूरी तरह से निश्चित नहीं हूं। यह हो सकता है कि आरंभीकरण को "पहुंच" के रूप में नहीं गिना जाए? मुझे यकीन नहीं है। यदि आप रुचि रखते हैं तो यह एक अलग प्रश्न के लायक हो सकता है, लेकिन अन्यथा मुझे विश्वास है कि जैसा मैंने ऊपर बताया है इसका उत्तर है।

Question 5

सैद्धांतिक रूप से, एक बाधा हैंडलर सकता है

जाँच करें कि रिटर्न पता fn()फ़ंक्शन के भीतर आता है या नहीं । यह इंस्ट्रूमेंटेशन या संलग्न डिबग जानकारी के माध्यम से प्रतीक तालिका या स्रोत लाइन नंबरों तक पहुंच सकता है।
तब के मूल्य को बदलें x, जो स्टैक पॉइंटर से एक पूर्वानुमानित ऑफसेट पर संग्रहीत किया जाएगा।

... इस प्रकार fn()वापसी नॉनज़रो वैल्यू बना रही है ।

Question 6

मैं सिर्फ as-if नियम और अस्थिर कीवर्ड के लिए एक विस्तृत संदर्भ जोड़ने जा रहा हूं । (इन पृष्ठों के निचले भाग में, मूल चश्मे को वापस ट्रेस करने के लिए "यह भी देखें" और "संदर्भ" का पालन करें, लेकिन मुझे पढ़ने / समझने के लिए cppreference.com बहुत आसान लगता है।)

विशेष रूप से, मैं चाहता हूं कि आप इस खंड को पढ़ें

वाष्पशील वस्तु - एक ऐसी वस्तु जिसका प्रकार वाष्पशील-योग्य है, या एक वाष्पशील वस्तु का एक उप-खंड है, या एक कांस्टेबल-वाष्पशील वस्तु का एक परस्पर उप-खंड है। अस्थिर-योग्य प्रकार की शानदार अभिव्यक्ति के माध्यम से किए गए हर एक्सेस (पढ़ने या लिखने का संचालन, सदस्य फ़ंक्शन कॉल, आदि) को अनुकूलन के प्रयोजनों के लिए दृश्यमान प्रभाव के रूप में माना जाता है (अर्थात, निष्पादन के एक ही धागे के भीतर, अस्थिर पहुँच को किसी अन्य दृश्यमान साइड इफ़ेक्ट के साथ ऑप्टिमाइज़ या रीऑर्डर नहीं किया जा सकता जो अनुक्रमित-पहले या अनुक्रमित-अस्थिर पहुँच के बाद होता है। यह अस्थिर ऑब्जेक्ट्स को सिग्नल हैंडलर के साथ संचार के लिए उपयुक्त बनाता है, लेकिन निष्पादन के किसी अन्य थ्रेड के साथ, std या memory_order देखें ) का है। एक गैर-वाष्पशील चमक के माध्यम से एक अस्थिर वस्तु को संदर्भित करने का कोई भी प्रयास (जैसे संदर्भ या सूचक के माध्यम से गैर-वाष्पशील प्रकार) के लिए अपरिभाषित व्यवहार होता है।

इसलिए विशेष रूप से वाष्पशील कीवर्ड ग्लवल्स पर संकलक अनुकूलन को अक्षम करने के बारे में है । यहां केवल एक चीज जो वाष्पशील कीवर्ड को प्रभावित कर सकती है return x, संभवतः , कंपाइलर बाकी फ़ंक्शन के साथ जो चाहे कर सकता है।

कंपाइलर रिटर्न को कितना ऑप्टिमाइज़ कर सकता है यह इस बात पर निर्भर करता है कि कंपाइलर को इस मामले में एक्स के एक्सेस को ऑप्टिमाइज़ करने की कितनी अनुमति है (क्योंकि यह किसी भी चीज़ को रीऑर्डर नहीं कर रहा है, और सख्ती से बोलना, रिटर्न एक्सप्रेशन को हटा नहीं रहा है। एक्सेस है। , लेकिन यह स्टैक को पढ़ना और लिखना है, जिसे सुव्यवस्थित करने में सक्षम होना चाहिए।) तो जैसा कि मैंने इसे पढ़ा, यह एक ग्रे क्षेत्र है कि कंपाइलर को ऑप्टिमाइज़ करने की कितनी अनुमति है, और दोनों तरीकों से आसानी से तर्क दिया जा सकता है।

साइड नोट: इन मामलों में, हमेशा मान लें कि संकलक आपके इच्छित / विपरीत के विपरीत काम करेगा। आपको या तो अनुकूलन को अक्षम करना चाहिए (कम से कम इस मॉड्यूल के लिए), या जो आप चाहते हैं उसके लिए एक अधिक परिभाषित व्यवहार खोजने की कोशिश करें। (यह भी क्यों यूनिट परीक्षण इतना महत्वपूर्ण है) यदि आप मानते हैं कि यह एक दोष है, तो आपको इसे सी ++ के डेवलपर्स के साथ लाना चाहिए।

यह सब पढ़ना अभी भी कठिन है, इसलिए जो मुझे लगता है कि यह प्रासंगिक है उसे शामिल करने की कोशिश कर रहा है ताकि आप इसे स्वयं पढ़ सकें।

glvalue एक glvalue अभिव्यक्ति या तो lvalue या xvalue है।

गुण:

एक प्रचलन को कथित रूप से एक प्रचलन में लवल्यू-टू-रिवल्यू, एरे-टू-पॉइंटर या फ़ंक्शन-टू-पॉइंटर निहित रूपांतरण के साथ परिवर्तित किया जा सकता है। एक ग्लव्यू बहुरूपक हो सकता है: जिस गतिशील प्रकार की पहचान करता है वह जरूरी नहीं कि अभिव्यक्ति का स्थिर प्रकार है। एक चमक में अपूर्ण प्रकार हो सकता है, जहां अभिव्यक्ति की अनुमति है।

xvalue निम्नलिखित अभिव्यक्तियाँ xvalue अभिव्यक्तियाँ हैं:

एक फ़ंक्शन कॉल या एक अतिभारित ऑपरेटर अभिव्यक्ति, जिसका वापसी प्रकार वस्तु के लिए संदर्भ है, जैसे कि std :: move (x); एक [एन], बिल्ट-इन सबस्क्रिप्ट अभिव्यक्ति, जहां एक ऑपरेंड एक सरणी व्याप्त है; am, ऑब्जेक्ट एक्सप्रेशन का सदस्य, जहाँ एक a rvalue है और m एक गैर-स्थैतिक डेटा गैर-संदर्भ प्रकार का सदस्य है; a। * एमपी, ऑब्जेक्ट एक्सप्रेशन के सदस्य के लिए पॉइंटर, जहां एक रव्यू है और एमपी डेटा सदस्य के लिए एक पॉइंटर है; ए ? बी: सी, कुछ बी और सी के लिए टर्नेरी सशर्त अभिव्यक्ति (विस्तार के लिए परिभाषा देखें); ऑब्जेक्ट प्रकार, जैसे कि static_cast (x) के संदर्भ के संदर्भ में एक कास्ट एक्सप्रेशन; कोई भी अभिव्यक्ति जो अस्थायी वस्तुकरण के बाद, एक अस्थायी वस्तु को डिजाइन करती है। (C ++ 17 के बाद से) गुण:

नीचे के रूप में समान (नीचे)। नीचे के समान चमक (नीचे)। विशेष रूप से, सभी अंतरालों की तरह, xvalues संदर्भ संदर्भों को बांधते हैं, और सभी गल्र्स की तरह, xvalues बहुरूपी हो सकते हैं, और गैर-श्रेणी के xvalues cv- योग्य हो सकते हैं।

lvalue निम्नलिखित अभिव्यक्तियाँ lvalue अभिव्यक्तियाँ हैं:

एक चर, एक फ़ंक्शन, या एक डेटा सदस्य का नाम, प्रकार की परवाह किए बिना, जैसे std :: cin या std :: endl। यहां तक कि अगर चर के प्रकार का संदर्भ संदर्भ है, तो इसके नाम से संबंधित अभिव्यक्ति एक लवल्यू अभिव्यक्ति है; एक फ़ंक्शन कॉल या एक अतिभारित ऑपरेटर अभिव्यक्ति, जिसका वापसी प्रकार lvalue संदर्भ है, जैसे std :: getline (std :: cin, str), std :: cout << 1, str1 = str2, या ++ it; a = b, a + = b, a% = b, और अन्य सभी अंतर्निहित असाइनमेंट और कंपाउंड असाइनमेंट एक्सप्रेशन; ++ a और --a, बिल्ट-इन प्री-इन्क्रीमेंट और प्री-डिक्रीमेंट एक्सप्रेशन; * पी, अंतर्निहित अप्रत्यक्ष अभिव्यक्ति; एक [एन] और पी [एन], बिल्ट-इन सबस्क्रिप्ट अभिव्यक्तियों को छोड़कर, जहां एक एरे रिवेल्यू है (सी 11 11 के बाद से); एम, ऑब्जेक्ट एक्सप्रेशन का सदस्य, जहां मी सदस्य एन्यूमरेटर या गैर-स्थैतिक सदस्य फ़ंक्शन है, को छोड़कर या जहां एक rvalue और m गैर-संदर्भ प्रकार का एक गैर-स्थैतिक डेटा सदस्य है; p-> मी, पॉइंटर एक्सप्रेशन का बिल्ट-इन मेंबर, सिवाय इसके कि एम कहाँ मेंबर एन्यूमरेटर या नॉन-स्टैटिक मेंबर फंक्शन है; a। * mp, ऑब्जेक्ट एक्सप्रेशन के सदस्य के लिए पॉइंटर, जहां एक lvalue है और mp डेटा सदस्य के लिए एक पॉइंटर है; p -> * MP, बिल्ट-इन पॉइंटर से मेम्बर ऑफ़ पॉइंटर एक्सप्रेशन, जहाँ mp डेटा पॉइंटर का पॉइंटर है; ए, बी, बिल्ट-इन कॉमा अभिव्यक्ति, जहां बी एक लैवल्यू है; ए ? बी: सी, कुछ बी और सी (जैसे, जब दोनों एक ही प्रकार के अंतराल होते हैं, लेकिन विस्तार के लिए परिभाषा देखें) के लिए टर्नरी सशर्त अभिव्यक्ति; एक स्ट्रिंग शाब्दिक, जैसे "हैलो, दुनिया!"; संदर्भ प्रकार को स्थिर करने के लिए एक कास्ट एक्सप्रेशन, जैसे कि static_cast (x); एक फ़ंक्शन कॉल या एक अतिभारित ऑपरेटर अभिव्यक्ति, जिसका वापसी प्रकार कार्य करने के लिए संदर्भ है; फ़ंक्शन प्रकार, जैसे कि static_cast (x) के संदर्भ के संदर्भ में एक कास्ट एक्सप्रेशन। (C ++ 11 के बाद से) गुण:

नीचे के समान चमक (नीचे)। एक लेवल्यू का पता लिया जा सकता है: & ++ i 1 और & std :: एंडल वैध अभिव्यक्ति हैं। एक अंतर्निहित लैवल्यू का उपयोग बिल्ट-इन असाइनमेंट और कंपाउंड असाइनमेंट ऑपरेटर्स के बाएं हाथ के ऑपरेंड के रूप में किया जा सकता है। एक लैवल्यू का उपयोग एक लैवल्यू संदर्भ को इनिशियलाइज़ करने के लिए किया जा सकता है; यह अभिव्यक्ति द्वारा पहचाने गए ऑब्जेक्ट के साथ एक नया नाम जोड़ता है।

जैसा कि अगर नियम है

C ++ कंपाइलर को प्रोग्राम में किसी भी परिवर्तन को करने की अनुमति है, जब तक कि यह सही रहता है:

1) प्रत्येक अनुक्रम बिंदु पर, सभी अस्थिर वस्तुओं के मूल्य स्थिर होते हैं (पिछले मूल्यांकन पूर्ण होते हैं, नए मूल्यांकन शुरू नहीं हुए हैं) (C ++ 11 तक) 1) अस्थिर वस्तुओं तक पहुँच (पढ़ता और लिखता) शब्दार्थ के अनुसार सख्ती से होता है जिन भावों में वे घटित होते हैं। विशेष रूप से, वे एक ही धागे पर अन्य अस्थिर पहुंच के संबंध में पुन: व्यवस्थित नहीं होते हैं। (C ++ 11 के बाद से) 2) प्रोग्राम समाप्ति पर, फ़ाइलों को लिखे गए डेटा बिल्कुल वैसा ही है जैसे प्रोग्राम को लिखित रूप में निष्पादित किया गया था। 3) इनपुट के लिए प्रोग्राम का इंतजार करने से पहले इंटरेक्टिंग डिवाइस को भेजे गए टेक्स्ट को दिखाया जाएगा। 4) यदि ISO C प्रगम्मा #pragma STDC FENV_ACCESS समर्थित है और चालू है

यदि आप चश्मा पढ़ना चाहते हैं, तो मेरा मानना है कि ये वही हैं जिन्हें आपको पढ़ना चाहिए

संदर्भ

सी 11 मानक (आईएसओ / आईईसी 9899: 2011): 6.7.3 प्रकार के क्वालिफायर (पी: 121-123)

C99 मानक (ISO / IEC 9899: 1999): 6.7.3 प्रकार क्वालिफायर (पी: 108-110)

C89 / C90 मानक (ISO / IEC 9899: 1990): 3.5.3 प्रकार के क्वालिफायर

Question 7

मुझे लगता है कि मैंने कभी भी अस्थिर का उपयोग करते हुए एक स्थानीय चर नहीं देखा है जो एक अस्थिर के लिए एक संकेतक नहीं था। जैसे की:

int fn() {
    volatile int *x = (volatile int *)0xDEADBEEF;
    *x = 23;   // request data, 23 = temperature 
    return *x; // return temperature
}

अस्थिरता के केवल अन्य मामले मैं जानता हूं कि एक वैश्विक उपयोग होता है जो सिग्नल हैंडलर में लिखा जाता है। कोई संकेत वहाँ शामिल नहीं है। या हार्डवेयर से संबंधित विशिष्ट पतों पर होने के लिए एक लिंकर स्क्रिप्ट में परिभाषित प्रतीकों तक पहुंच।

यह ऑप्टिमाइज़ करने योग्य प्रभावों में परिवर्तन क्यों होगा, यह तर्क करना बहुत आसान है। लेकिन आपके स्थानीय अस्थिर चर के लिए भी यही नियम लागू होता है। कंपाइलर को ऐसा व्यवहार करना पड़ता है जैसे कि एक्स का उपयोग अवलोकनीय है और इसे दूर नहीं कर सकता।